（石油与天然气工程专业论文）埋地钢质管道防腐材料实验室测试技术方法研究.pdf

摘要 管道防腐材料的实验室检测是新建管线建设工程规范中必不可少的一部分，是确保 防腐材料有效性的前提。 目前新建管线工程规范有多个，如s y t 0 4 1 3 2 0 0 2 、c s az 2 4 5 2 1 、d i n3 0 6 7 0 、n a c e r p 0 3 0 3 、i s o2 1 8 0 9 - 1 、i s 0 2 1 8 0 9 3 以及各工程规范等。其中，对于防腐材料的实验室 检测要求的指标不同，要求的检测方法也有区别。 本课题内容和成果主要包括：调研国内外防腐材料试验室检测技术标准和相关的工 程技术规范；翻译并整理调研过程中搜集到的标准；根据对国内外相关标准的总结与分 析，对部分差异性较大的方法进行试验研究。 经过研究，认为在技术上较落后的国标检测方法应积极借鉴或采用a s t m 标准，提 高更新速度，设置更多的长期检测项目，加强对防腐层整体的检测；针对工程施工现场 出现的各种问题，借鉴国内外相关标准规范的经验，提高管道防腐层的质量，为确保管 道的长期安全运行提供保障。 关键词：管道，防腐材料，实验室测试，技术方法 s t u d yo fs t a n d a r dm e t h o d s f o r l a bt e s to fb u r i e dp i p e l i n e a n t i c o r r o s i o nl a y e r z h a og u o x i n g ( o i l g a ss t o r a g ea n dt r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l ic h u a n x i a n a b s t r a c t i t i sn e c e s s a r yf o r t h es p e c i f i c a t i o n so fp i p e l i n ep r o j e c t sa n dap r e s u p p o s i t i o nt ol o n g t e r mp e r f o r m a n c eo fa n t i c o r r o s i o nm a t e r i a l st ol a bt e s to fp i p e l i n ea n t i c o r r o s i o nm a t e r i a l s a tp r e s e n t ，t h e r ea r em a n ys p e c i f i c a t i o n so fp i p e l i n ea n t i c o r r o s i o np r o j e c t s ，s u c ha s s y t 0 4 1 3 2 0 0 2 ，c s az 2 4 5 2 1 ，d i n3 0 6 7 0 ，n a c er p 0 3 0 3 ，i s o2 1 8 0 9 1 ，i s 0 2 1 8 0 9 3a n d s oo n 7 l h e ya r ed i f f e r e n ti nr e q u i r e m e n t sa n dt e s tm e t h o d s t h ec o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n so ft h et h e s i si n c l u d e ：i n v e s t i g a t i o nt h es t a n d a r d sa n d s p e c i f i c a t i o n s o fl a b t e s t i n go fp i p e l i n e a n t i c o r r o s i o nm a t e r i a l sa th o m ea n da b r o a d ， t r a n s l a t i o no ft h e s es t a n d a r d sa n ds p e c i f i c a t i o n s ，a n dd os o m ev e r i f i e de x p e r i m e n t f o r s t a n d a r d st h a tt h e r ea r er e m a r k a b l ed i f f e r e n c e a c c o r d i n gt ot h e s e ，w ec a l ld r a wac o n c l u s i o n , t h a ti ss h o u l db ew o r k a b l ea n dp o s i t i v et o r e f e ro fa d o p ta s t mo fi s os t a n d a r d s ，a c c e l e r a t et h er e n e wo fs t a n d a r d s ，a d dl o n gt e r m p e r f o r m a n c et e s ti t e m sa n dt h ew h o l ea n t i c o r r o s i o nl a y e rt e s ti t e m s s t u d yt h ec o n c l u s i o na n d e x p e r i e n c eh o m ea n da b o a r d ，t oi n c r e a s et h eq u a l i t yo fp i p e l i n ea n t i c o r r o s i o nl a y e ra n d i n s u r e t h ep i p e l i n ew o r kn o r m a l l yi nl o n gt e r m ，f o rt h ep r o b l e m si ns i t u k e yw o r d s ：p i p e l i n e ，a n t i c o r r o s i o nl a y e r , l a bt e s t , s t a n d a r d 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取褥的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书丽使用过的材料。与我一周工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：题闰七 日期印7 科棚”日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其 印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关 部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位 论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师答名： 日期：”7 年，l ，月日 r 期：叼年1 0 月叫几 关于同意使用本人学位论文的授权书 中国科学技术信息研究所是国家科技部直属的综合性科技信息研究和服务 机构，是国家法定的学位论文收藏单位，肩负着为国家技术创新体系提供文献保 障的任务。从六十年代开始，中国科学技术信息研究所受国家教育部、国务院学 位办、国家科技部的委托，对全国博硕士学位论文、博士后研究工作报告进行 全面的收藏、加工及服务，迄今收藏的国内研究生博硕士论文已经达到1 0 0 多 万册。 学位论文是高等院校和科研院所科研水平的体现，是研究人员辛勤劳动成果 的结晶，也是社会和人类的共同知识财富。为更好的利用这一重要的信息资源， 为国家的教育和科研工作服务，在国家科技部的大力支持和越来越多的专家学者 提议下，中国科学技术信息研究所和北京万方数据股份有限公司承担并开发建设 了中国学位论文全文数据库的加工和服务任务，通过对学位论文全文进行数 字化加工处理，建成全国最大的学位论文全文数据库，并进行信息服务。 本人完全了解中国学位论文全文数据库开发建设目的和使用的相关情况， 本人学位论文为非保密论文，现授权中国科学技术信息研究所和北京万方数据股 份有限公司将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服 务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他 媒体发表论文的权利。 论文题目： 埋地塑厦笪道随鹰挝挝塞验室塑9 这撞丕友洼婴究 毕业院校：中国石油大学( 华东) 毕业时间：2 q ! q 生! 旦! 圣目 论文类型：博士论文 口 硕士论文 博士后研究报告 口 同等学力论文 口 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第一章前言 没有严格的规范，包括准确确定防腐材料检测项目、指标和每一步涂敷方法，就不 要进行管线涂层施工。这样的规范是必须的，以保持所使用涂层材料能够合理施二亡，达 到最佳的涂层性能。 由于有许多材料可供使用，每一种材料都对应众多的防腐施二亡规范，所以在此将不 给出涂层标准( 规范) 的具体例子。规范应该包括以下内容： 管线的表面处理； 所需要的底漆要求； 所使用的涂层材料及施工顺序； 总膜厚和允许偏差； 适用于某些材料使用的材料要求，如施工温度、膜厚、张力及其他类似的性能 要求： 涂层材料的操作要求，如存储条件、干燥结晶条件的维持； 检验要求； 涂层缺陷的修复方法； 不可接受涂层的拒收条件； 涂敷管线的操作及搬运要求； 补口的详细要求： 回填要求。 表1 - 1 管线涂层的种类和优缺点 ! 堕垒! 旦! ：! 垒里! 璺! ! g q ! i 竺! 曼望鱼i ! ! 坐皇! i 坚竺! 卫i 卫旦! i 望望! q 璺! i 坚g 管线涂层期望的特性缺点 第一章前言 由表卜1 可以发现，煤焦油瓷漆、工厂预制胶带体系、沥青丁基粘合剂加十字头 挤压聚烯烃涂层均有难以接受的缺点。现在世界范围用于埋地钢质管道外防腐层的主要 材料是熔结环氧粉末和多层聚烯烃系统。中石油新建油气长输管道大多采用三层聚乙稀 结构，即底层环氧粉末、中间层胶粘剂和外层的聚乙烯。同时采用三层结构热收缩带进 行补口。 管道防腐材料的实验室检验是确保防腐材料满足工程需要的必要步骤。目前，防腐 材料与防腐层的实验室主要依据的标准有s y t 0 4 1 3 2 0 0 2 、西气东输：二线工程规范、 c a n c s az 2 4 5 2 1 - 2 0 0 6 、d i n3 0 6 7 0 - 2 0 0 2 和i s o2 1 8 0 9 - 1 3 。 f f f f f 从测试方法和质量控制指标等三方面对防腐材料的实验室检测进行分析。 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第二章试样的制备与条件处理 影响聚乙烯试验条件的因素有很多，包括内在原因( 如聚乙烯本身的分子量大小及 分布、结构和取向程度、内部缺陷等) 和外在原因( 如试样制备过程、试验坏境的温度 和湿度，加载的速率等) 。从测试角度来说，主要考虑与试验结果准确程度有关的因素。 也就是在综合上述两方面以后来规定一些测试条件，以便尽可能的使测试结果一致和重 复。相反如果不加以考虑，严格控制，那么必然会造成结果的不一致和不可重复，给 分析和j 汉用这些数据带来麻烦。 测试中首先要涉及的是试样，包括以下两方面。 2 1 试样的制备 目前，防腐材料实验室检测的试样制备有两个途径： 一是从板、片、棒以及制品上直接裁取，再经机械加工成标准尺寸的试件。这时， 测试结果与裁取的部位和机械加工的质量有很大关系。裁取部位一般要求选择远离边 缘、转角等部位，避免边缘影响；机械加工时，刀具的刀口和刀刃的线速度都应有严格 的规定，以避免加工缺陷和过热现象； 二是由颗粒状的试料经模塑加工成型为标准试样，这时测试结果与模具结构、成型 温度和成型压力、冷却速度有很大关系。聚乙烯在高温高压下成型还必须考虑冷却的问 题，由于冷却速度过快，就会使试样内部存在不同程度的内应力，从而对测试结果造成 影响。 2 2 试样的尺寸 试样尺寸会对试样测试结果产生影响，称之为尺寸效应，是由试样自身的微观缺陷 和微观不同性造成的。微观缺陷是指材料或试样在制备过程中，受到热、力等因素的影 响，而产生的微观缝隙；宏观不同是指结构上存在的不均匀性或者缺陷。 从微观缺陷的理论出发，可引出如下结论： 在同一材料制备的试样中，存在着大量的各种形式和程度不同的致命缺陷； 最大的致命缺陷决定了试样的测量结果，聚乙烯的拉伸强度就是聚乙烯试样最大 缺陷的定量表征； 试样体积越大，或者表面越大，存在致命缺陷的概率就越大；因此，从理论上来 讲，大试样的测量结果比小试样低。 从结构缺陷角度来说，假定试样没有明显的微观缺陷，然而由于结构上的不均匀性 第二章试样的制备与条件处理 和不完整性，造成试样加载时，即使材料在宏观上有均匀的应力状态，而对微观来讲， 试样在局部区域仍然有应力集中现象出现。 在实际测量中，试样的大小对试样的测量结果有互相抵消的作用。经常遇到小试样 结果比大试样测量结果低，这可能是由于小试样具有比较大的比表面积，试样加工制备 过程中，造成小试样表面损伤的单位面积比率比大试样大的缘故。 为尽量减小试样尺寸引入的结果误差，各标准制订机构或在单独的测试标准，或单 独的标准方法，中制定了标准试样的尺寸规定，如进行聚乙烯拉伸性能捡测时，须按照 g b t 1 0 4 0 - 9 2 的i i 型试样或者a s t md 6 3 8 的t y p ei v 型试样规定的尺寸进行制备。本课 题对i s o 、a s t m 等标准化机构制订的标准进行了检索，发现上述两机构均有单独的试样 制备标准方法，但没有针对管道防腐材料，如胶和聚乙烯的试样制备标准方法。在管道 防腐3 p e 防腐材料的实验室检测规范中，要求的聚乙烯、胶的检测项目近2 0 余种，但 有些项目的试验方法缺乏对试样制备方法的限制，或者相关要求不具备良好的重复性， 因此有必要制订通用的管道3 p e 防腐材料实验室检测试样制备的标准方法。 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第三章试样的状态调节 聚乙烯和胶黏剂等高聚物的测量结果与外界条件对它的影响有较大关系。其中主要 的包括环境温度、环境湿度和试样停放时间等。这些因素能引起高聚物分子量、分子结 构、分子链的运动方式的变化，又能影响到残余应力的消除。 在相对湿度比较大的环境中，高聚物可以吸收水分，而水分子在高聚物内部可以起 到偶联剂和填充剂的作用，从而影响该材料的任性和刚性。 刚制备好的试样会有残余应力，为使其达到平衡状态，要求有一定的放置时间。否 则，将会对结果造成不可忽略影响。表3 - 1 就可以看到对聚氯乙烯未处理和处理的区别。 因此，为了得到复现性好的测试结果，就必须在测试前对试样进行湿度和温度的状 态调：常。 表3 - 1 聚氯乙烯试样处理与未处理的拉伸强度结果比较 t a b l e3 - 1 c o m p a r i s o no ft e n s i l es t r e n g t ho fp v cs p e c i m e nc o n d i t i o n e da n du n c o n d i t o n e d 材料的方向纵向横向 速度( m m m i n ) 5 55 5 温度( ) 1 81 7 0 来，m p a 5 8 95 4 1 未处理 、4 标准误差 1 01 3 样 。已，m p a6 0 25 6 8 曩 处理 标准误差o 2 6o 5 7 理 情 。未一。已m p a 1 32 7 况 处理效果o - , - o r e 1 0 0 2 2 5 0 9 6 吒 我国与i s o 的规定一样，g b t 2 9 1 8 1 9 9 8 ( i s 0 2 9 1 1 9 9 7 ) 规定的状态调节条件为 2 3 ，5 0 r h ，大气压力为8 6 1 0 6 k p a 。状态调节的时间不少于8 8 小时。a s t md 6 1 8 也给出了塑料试样样品制备的相关要求，详细要求指标参见。 表2 _ 2g b t 2 9 1 8 与a s t md 6 1 8 关于试样状态调节的规定 ! 垒坠! 竺三二兰! 塾! 堡g 望i 堡婴旦望塑璺坠壁坚! ! 竺望垡i ! i 竺里i 望垦i 璺兰! ! 璺璺望堡垒璺! 丛旦垒! 璺 g b t 2 9 1 8a s t md 6 】8 条件1 ( 温度相对湿度处理时间) 条件2 ( 温度相对湿度处理时间) 条件3 7 m m ：2 3 5 0 8 8 7 m m ：2 3 5 0 4 0 5 0 - 4 8 3 5 9 0 9 6 第三章 试样的状态调节 管道3 p e 防腐材料的实验室检测主要有聚乙烯、胶和环氧材料。试验的状态调节主 要针对聚乙烯和胶两种材料，g b t 2 9 1 8 规定的两个条件操作简便，更重要的是可以满 足检测精度的要求。 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第四章管道3 p e 防腐材料和防腐层的检测 4 1 涂层的耐阴极剥离性能 因为阴极剥离试验可以充分模拟管道涂层的现场运行条件，所以为正确的发挥管道 涂层的防腐蚀作用，各标准化组织制订的相应规范均将涂层阴极剥离实验作为其中最重 要的检测项目。 涂层可能会因为运输、安装和服役后的土壤应力产生缺陷，并且缺陷处的涂层会与 管体发生剥离，阴极保护电压会加速这种剥离。这种现象称之为阴极剥离。施加阴保电 压后，缺陷处会发生以下两个电化学反应： h 2 0 + 1 2 0 2 + 2 e 一= 2 0 h - 2 h 2 0 + 2 e - = h 2 + 2 0 h - 上两反应均会增加涂层缺陷处p h 值，最高可能达到p h = 1 4 6 。 4 1 1 阴极剥离试验主要影响因素 油气长输管道防腐技术标准和工程规范中，给出了大量的阴极剥离试验方法，如 a s t mg 4 2 、a s t mg 9 5 、i s o2 1 8 0 9 1 、c s az 2 4 5 2 1 、s y t 0 4 1 3 等。：芷众多测试方法 中，容器尺寸、阳极类型、电解液温度、试验周期、施加电压和加热方式均有所不同， 且这些因素都对阴极剥离试验结果有明显的影响。 容器尺寸的影响 一般来讲，在涂层开发和检测过程中，由于需要较大的容器，而且进行多组试验， 不易精确的控制试验电压，故很少采用完整的管道实验环进行试验。相比之下，附加柱 法( a t t a c h e dc e l l ) 的优势体现在：可以提供稳定的测试条件、试件尺寸小、控制试验条 件更容易等，已经成为最常见的电解液盛放方式。 需要注意的是，附加柱的尺寸可能会对长期阴极剥离试验的结果产生明显的影响。 小尺寸的附加柱可以容纳的电解液有限，在长期试验中，电解液的组分可能会变化太快， 电解液的氧气含量也会对试验结果产生明显的影响。 阳极类型 铂、镁和石墨都可以作为阴极剥离试验的阳极。因为铂阳极具有更好的稳定性，所 以在多数方法中予以使用。附加柱法中，阳极产物可以自由的进入电解液，在高温环境 下可以产生更具侵蚀性的电解液。 阳极的尺寸和位置也可能对阴极剥离试验的结果产生影响，须予以注意。 7 第四章管递3 p e 防腐材料和防腐屠的检测 电解液温度的影响 大量的测试结果表明，标准中给出的阴极剥离测试方法适用于高温试验，并且有较 好的复现性。 对于高温阴极剥离试验，必须要考虑电解液中的溶解氧含量、不同温度下的氯气溶 解度、蒸发速率等。溶解氧含量和氯气的溶解度直接影响阴极剥离的结果，对电解激温 度超过9 5 。c 时，应考虑电解液的蒸发速率。 圈4 - 1 给出了不同试验周期、不同电解液温度与阴极剥离半径的关系。从图4 - 1 中 可咀看出，试验周期在8 0 天以内时，6 5 。c 的电解液比9 5 。c 的电解液更具侵蚀性。 这主要是因为高温下溶解氧的含量有所降低，反应速度随之降低所致。 # e ：t ：耐 妊 l r ， 。“ “mc 寸 ” 图4 - i 明撮剥离电解渣温度与剥离半径的关系 f i 9 4 - 1t e m p e r a c u r e 聘e l e c t r o l y t er a d i u s o f c a t h o d i c d i s b o n d m e n t 试验周期的影响 多数阴极剥离试验方法中，要求试验周期至少是2 8 天。图4 - 2 给出了阴极剥离试 验周期与剥离半径之间的关系。从图可看出，试验周期小于3 0 天时，剥离半径随试验 周期快速增加之后趋于平缓。 剥 离 i 托 田4 - 2 阴极捌离周期与剥离半径的关系 电解液组分的影f i 响9 4 - 2 如。唱帕弛6 i ”8 。f 。山州。帕b 0 。d “。毗 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 在常见的阴极剥离试验方法中，主要有3 种电解液：人工海水；模拟地下水 ( n a c l n a 2 s 0 4 n a 2 c 0 3 各1 ) ；质量分数3 的n a c l 溶液。不同种类的电解液由于电 阻率不同和组分不同，其阴极剥离的试验结果也有一定区别。人工海水包括一定数量的 m g 和c a 。因为地下水的成分会随着地理位置的变化而变化，所以用一定成分的溶液模 拟地下水也会带来较大的偏差，不利于结果的对比。最常用的是3 的n a c l 溶液。 加热方式的影响 各方法中有两种常见的加热方式：恒温烘箱和加热板。恒温烘箱可以使基材和电解 液处：f 同一温度水平下，试验结果更具可比性和一致性，但它并不能反映实际情况下的 温度波动。加热板方式正好相反，可以反应现场的实际情况，但因为其具有一定的温度 波动，实验结果也具有了不可比较性。 4 1 2 常见阴极剥离方法的比对 详见表4 1 。 在表4 1 中给出的5 个方法中，均有不同程度的区别。除a s t mg 4 2 外，其余4 个全部使用附加柱法。试验周期要求最高的是a s t mg 9 5 ，为9 0 天。大多为2 8 天，仅 s y t 0 4 1 3 要求2 天。除a s t mg 4 2 外，其余4 个方法的加热方式均首选恒温烘箱，电 解液的种类也均为3 的n a c i 溶液。5 种方法中，均使用铂电极作为阳极。除a s t mg 9 5 外，试验电压均为1 5 v 。 纵观5 种方法，a s t mg 9 5 的各项参数设置，明显高于其他方法。i s o2 1 8 9 0 1 可 能考虑到世界范围内的接受程度，参数设置较低。s y t 0 4 1 3 与c s a z 2 4 5 2 1 比较相近， 但前者的试验周期却明显低于后者。 试样 电解液容 器 电解液温 度 试验周期 悬挂的管 件； 罐( 带搅拌 器) 6 0 。c 最 高运行温 度 3 0 s f 板；管件试 验环；在役管 线； 附加柱 ( 1 0 1 宰1 2 7 m m ) 平板；管件；平板；管件； 平鬈；管 。嬲咖，c 擘佃。 6 鉴器恐誉行掘6 s o c 6 s o c ， 9 耘砒 m 4 一 l鼍署鼍 制茎j n 一 5一罨| 嬲誓重j 雌盏删芦 一 第四章管道3 p e 防腐材料和防腐层的检测 ( 天) 加热方式驾葱墨堂 恒温烘箱恒温烘箱 力搅拌器 瞄“脬”瞄。历1 冒 电解液种 类 阳极类型 参比电极 1 n a c l ： 1 n a 2 s 0 4 ： l 咧n a 2 c 0 3 ： 蒸馏水 镁；铂； 饱和 c u c u s 0 4 或 者饱和甘 汞电极 3 n a c l ；蒸馏 水 铂： 饱和 c u c u s 0 。或者 饱和甘汞电 极 恒温烘箱；加 热板( 记录温恒温烘箱 度) 3 n a c l ；蒸馏水 3 n a 絮蒸馏3 n 教蒸 石墨；铂铂铂 饱和甘汞电极 甘鬻等 甘汞电极 电压 一1 竺_ 一3 0 y 直流 2 8 天：一1 5 y一1 5 0 手o 0 1 1 5 0 y a 0 vv 由上认为，a s t mg 4 2 给出的阴极剥离测试方法中加热方式能够较好模拟管道运行 的实际状况；另一方面，n a c l 溶液作为电解液更具操作性；2 8 天的试验周期能兼顾涂 层性能的检测、筛选与试验周期和成本。所以，有必要提出一种新的阴极剥离试验方法， 兼顾各方法的优缺点，具有较好的操作性和结果的比较性。 l o 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 4 2 拉伸性能试验 目前，现行有效的管道3 p e 防腐层外层的拉伸试验方法主要有两个： g b t 1 0 4 0 2 2 0 0 6 和a s q l md 6 3 8 2 0 0 3 。首先讨论g b f f l 0 4 0 2 2 0 0 6 。 ( 1 ) g b t 1 0 4 0 2 - 2 0 0 6 热塑拉伸性能的测定 范围： g b 1 1 0 4 0 2 2 0 0 6 适用于以下范围的材料： 硬质和半硬质的热塑性模塑、挤塑和注塑材料，除未填充类型外还包括例如用 短纤维、细棒、小薄片或者细粒料填充和增强的复合材料，但不包括纺织纤维增强的复 合材料； 硬质和半硬质热骨性模塑和注塑材料，包括填充和增强的复合材料，但纺织纤 维增强材料除外； 热致液晶聚合物。 不适用于纺织纤维增强的复合材料、硬质微孔材料或者含有微孔材料夹层结构的材 料。 适用的试样既可以模塑成规定尺寸，也可由注塑或者压塑的制件或试片经机加工、 切割或者冲压而成，应优先选用多用途试样。 试样的制备应按照相关材料规范制备试样，当无规范或无其他规定时，应按照 1 s 0 2 9 3 ：1 9 8 6 、g b f f l 7 0 3 7 1 1 9 9 7 、i s 0 2 9 5 ：1 9 9 1 以适宜的方法从材料直接压塑或注 塑制备试样，或按照i s o2 8 1 8 ：1 9 9 4 由压塑或注塑板经机加工制备试样。试样表面应 无可见裂纹、划痕或者其他缺陷。如果模塑试样存在毛刺应去掉。 除非确实需要，对于增前塑料试样不宜使用机加工来减小厚度，表面经过机加工的 试样与未经过机加工的试样的实验结果不能直接比较。 每个受试方向和每项性能的试验，试样数量不少于5 个。在试验前，应按照有关规 定进行试样调节。 管道3 p e 防腐层的聚乙烯材料拉伸性能检测多使用哑铃型试件，根据 g b f f l 0 4 0 2 2 0 0 6 ，试样尺寸应符合图4 3 所示： 第四章管道3 p e 防腐材料和防腐层的检测 2 _ 总长度 5 a5 l j 历端部宽度 厶窄平行部分宽度 勃窄部分宽度 n 小半径 沈一大半径 7 5 7 5 1 2 5 1 6 4 - 0 5 2 5 1 4 0 5 8 0 5 1 2 0 5 2 0 1 3 0 1 卜夹具间初始距离5 0 22 0 2 己o _ 一标距 2 0 4 - 0 5 1 0 0 2 卜厚度 2l 图4 - 3g b t 1 0 4 0 一2 0 0 6 中5 a 和5 b 型试样 f i g4 - 3s p e c i m e nt y p e5 aa n dt y p e5 b i ng b t 1 0 4 0 - 2 0 0 6 实验速度取5 0 m m m i n 。 操作要点： 测量试样中间平行部分的宽度和厚度，每个试样测量3 点，取算术平均值； 夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上下夹具中心连线重合，且松紧适宜； 根据材料性能的区别选择不同吨位的拉力机，使示值在满量程的1 0 9 0 内，示值 误差在l 内，并定期校准。 试样断裂在中心平行部分之外时，此实验作废，应另取试样补做。 结果表述： 应力计算：根据试样原始横截面积按式( 3 ) 计算4 3 所定义的应力值： f 仃= 一 彳 1 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 式中： 拉伸应力，单位为兆帕( m p a ) ； 卜所测的对应负荷，单位为牛( n ) ； 肛式样的原始横截面积，单位为平方毫米( 舳2 ) 。 应变计算：根据标据计算应变值： 珊) = 等x l o o 式中： p 广一拉伸标称应变，用表示； 卜夹具间的初始距离，单位为毫米( 咖) ； 4 一夹具间的距离增量，单位为毫米( 1 i l i n ) ； ( 2 ) a s t md 6 3 8 - 2 0 0 8 塑料拉伸性能的测定 范围： a s t md 6 3 8 0 8 适用于以下范围： 用于测定一定条件下( 温度、湿度、拉伸速度等) 加强或非加强塑料的标准哑铃型 试件的拉伸性能：且试件厚度不超过1 4 m m ；不小于l m m ；本方法也可用于测量试件常 温下的泊松比。 通过该方法测得的试样性能数据可以直接用于工程设计。 试样： a s t md 6 3 8 0 8 将试样按照刚性程度的不同，分为三类：刚性半刚性材料、非刚性 材料、含加强组分的材料。并根据分类的不同，试样尺寸的要求也有不同。管道外防腐 层聚乙烯材料应选择t y p ei v 型试样。 试样的制备可通过机加工，压塑或注塑板等手段。厚度超过1 4 n m a 的试样，必须打 磨至1 4 m m 。试样表面应无可见裂纹、划痕或者其他缺陷。如果模塑试样存在毛刺应去 掉。 每个受试方向和每项性能的试验，试样数量不少于5 个。在试验前，应按照有关规 定进行试样调节。 管道3 p e 防腐层的聚乙烯材料拉伸性能检测多使用哑铃型试件，根据a s t m d 6 3 8 0 8 ，试样尺寸应符合图4 3 所示： 第四章管道3 p e 防腐材料和防腐层的检测 卜狭窄段宽度 6 锄 卜狭窄段长度 形l 一一总宽度 z 口一总长度 卜标距 卜夹具间距离 卜内径 3 3m m 1 9m m 1 1 5 衄 2 5m m 6 5m m 1 4m m 砌叫h 径2 5 衄 列! u 叫卜t 图4 - 4g b t 1 0 4 0 2 0 0 6 中t y p ei v 型试样 f i g4 - 4s p e c i m e nt y p ei vi ng b t 1 0 4 0 - 2 0 0 6 实验速度取5 0 r a m r a i n 。 操作要点： 测量试样中间平行部分的宽度和厚度，精确至0 0 2 5 m m ，每个试样测量3 点，取算 术平均值； 夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上下夹具中心连线重合，且松紧适宜； 根据材料性能的区别选择不同吨位的拉力机，使示值在满量程的1 0 9 0 1 为，示值 误差在l 内，并定期校准。 结果表述： 应力计算：与g b t 1 0 4 0 2 2 0 0 6 _ 一致。 应变计算：与g b t 1 0 4 0 2 2 0 0 6 一致。 1 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 ( 3 ) i s 05 2 7 1 9 9 3 塑料拉伸性能的测定第2 部分：浇铸和挤出塑料的测试条件 根据g b t1 0 4 0 2 2 0 0 6 ，该标准等同于i s 0 5 2 7 1 9 9 3 ，此处不再赘述。 ( 4 ) g b t 1 0 4 0 2 - 2 0 0 6 与a s t id 6 3 8 - 0 8 主要区别的对比 表牝g b f r l 0 4 0 2 2 0 0 6 与a s t md 6 3 8 0 8 的区别 t a b l e4 2d i l 托r e n c eb e t w e e ng b 厂r 1 0 4 0 2 2 0 0 6 a n d a s t md 6 3 8 0 8 4 3 维卡软化点试验 维卡软化点试验方法也是塑料耐热性能指标之一。它始于1 8 9 4 年，到1 9 1 0 年被德 国正式建立标准试验方法。我国始于1 9 7 0 年正式发布这一标准试验方法，在一些热塑 性塑料的检验中被首次采用。1 9 7 9 年升级为国标。 材料到达维卡软化点时，已处于软化可塑状态，所以曾有人把它和“热机械曲线 上的玻璃转化温度相联系，并在实测的基础上提出了一个经验公式，把维卡软化点和玻 璃化温度用一个简单的公式建立联系。维卡软化点使用于控制质量和作为鉴定鉴定新品 种热性能的一个指标，不代表材料的使用温度。 现行的维卡软化点测量方法主要有g b t 1 6 3 3 2 0 0 0 、a s t md 1 5 2 5 0 7 和 1 s 0 3 0 6 2 0 0 4 。 ( 1 ) g b t 1 6 3 3 2 0 0 0 热塑性塑料维卡软化点的测定 维卡软化点是指当匀速升温时，测定在某一种负荷条件下标准压针刺入热塑性塑料 试样表面l m m 深时的温度。 测试仪器主要包括： 负载杆，装有负荷板，固定在刚性金属架上，能在垂直方向上自由移动，金属架底 座用于支撑负载杆末端压针头下的试样，见图4 - 5 。负载杆和金属架构件应具有相同的 膨胀系数，部件长度的不同变化，会引起试样表观变形读数的误差。用低膨胀系数的钢 性材料( 如瓦镍铁合金或硅硼玻璃) 制备的试样，对每台仪器包括其使用的温度范围做空 白试验进行校正，并对每个温度确定一个校正项如果校正项为0 0 2 m m 或更大，应注意 其代数符号，并通过代数方法将其加到表观针入度上，将此校正项应用于每项试验中。 建议使用低膨胀合金制造的仪器。 1 5 第四章管道3 p e 防腐材料和防腐层的检测 压钳头，最好是硬质钢制成的长为3 m m ，横截面积为1 - 4 - 0 0 1 5 m n l 2 的圆柱体。固定 在负载杆的底部，压针头的下表面应平整，垂直于负载杆的轴线，并且无毛刺。 已校正的千分表( 或其他适宜的测量仪器) ，能够测量压针头刺入试样1 4 - 0 0 1 m m 的 针人度，并能将千分表的推力记为试样所受推力的一部分。 负荷板，装在负载杆上，中央加有适合的砝码，使加到试样上的总推力，对于a 5 0 和a 1 2 0 达到1 0 a ：0 2 n ，对于b 5 0 和b 1 2 0 达到5 0 a ：l n 。负载杆、压针头、负荷板千分表弹 簧组合向下的推力应不超过i n 。 加热设备，盛有液体的加热浴。加热设备应装有控制器，能按要求以5 0 - a ：5 h 或 1 2 0 - 士1 0 h 匀速升温。在试验期间，每隔6 m i n 温度变化分别为5 0 - a ：5 h 或1 2 0 = t = 1 0 h ， 应认为加热速率符合要求。 加热浴，盛有试样浸人的液体，并装有高效搅拌器，试样浸入深度至少为3 5 m m ； 确定选择的液体在使用温度下是稳定的，对受试材料没有影响，例如膨胀或开裂等现象。 当使用加热浴时，将测得靠近试样液体的温度作为维卡软化温度。液体石腊、变压器油、 甘油和硅油都是合适的传热介质，也可以使用其他液体。 测温仪器：部分浸入型玻璃水银温度计或测量范围适当的其他测温仪器，精度在 0 5 以内。应浸入深度校正玻璃水银温度计。 甩子支 图4 - 5 维卡软化点测定仪结构示意图 1 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 f i g4 - 5 t h ec h a r to fv i c a ts o f t e np o i n t 试样厚度在3 - - - 6 5 m m 之间，长和宽分别为l o m m 以上。超过6 m m 的厚度板应加：【3 4 m m 。如厚度不足3 m m ，可用两块或者三块试样叠合起来进行测定。试样的制备方法和状 态调节情况对测试结果有一定的影响，因此在产品标准中应对它有明确规定。在无特殊 规定时，应该按照g b t 2 9 1 8 进行状态调节。 操作步骤如下： 将试样水平放在未加负荷的压针头下。压针头离试样边缘不得少于3 m m ，与仪器底座 接触的试样表面应平整。 将组合件放入加热装置中，起动搅拌器，在每项试验开始时，加热装置的温度应为 2 0 2 3 h 。当使用加热浴时，温度计的水银球或测温仪器的传感部件应与试样在同一 水平面，并尽可能靠近试样。如果预备试验表明在其他温度开始试验对受试材料不会引 起误差，可采用其他起始温度。 5 m i n 后，压针头处于静止位置，将足量砧码加到负荷板上。然后，记录千分表的读 数( 或其他测量压痕仪器) 或将仪器调零。 匀速升高加热装置的温度；当使用加热浴时，试验过程中要充分搅拌液体；对于仲 裁试验应使用5 0 5 h 的升温速率。 当压针头刺人试样的深度超过起始位置1 + - o o l m m 时，记下传感器测得的油浴温度 即为试样的维卡软化温度。 受试材料的维卡软化温度以试样维卡软化温度的算术平均值来表示。如果单个试验 结果差的范围超过2 ，记下单个试验结果，并用另一组至少两个试样重复进行一次试 验。 ( 2 ) i s o3 0 6 ：2 0 0 4 ( e ) 热塑性塑料维卡软化点的测定 i s o3 0 6 ：2 0 0 4 ( e ) 代替i s o3 0 6 ：1 9 9 4 ，进行了技术上的修订，增加直接接触法， 去掉烘箱加热法。直接接触法是指加热器直接与试样进行接触，而试样并不通过传热介 质与接触。烘箱法参见g b t 16 3 3 - 2 0 0 0 。 i s ( ) 3 0 6 ：2 0 0 4 中对传热介质加热法的规定，在荷载、加热速率、针头几何尺寸和 试样制备等各方面同g b t1 6 3 3 - 2 0 0 0 。对直接加热法的规定，主要不同点在仪器结构上 ( 如图4 - 6 所示) ，其它：方面均与传热介质加热法一致。所用仪器示意图如所示。 为确定直接加热法与传热介质加热法在测量结果上的差异，i s ot c 6 1 - s c 2 对1 0 种 材料分别使用两种方法进行了对比，结果如和所示。所有值均落入在2 的分散区间 1 7 第四章管道3 p e 防腐材料和防腐层的检测 内。拟合曲线的斜率是1 0 0 8 ，两种方法测得结果的差值小于1 。因此，在工程实际 中两种测定方法可以互换互替。 2 图4 - 6 测定维卡软化点的直接接触法仪器示意图 f 逛禾6t h ec h a r to fv i c a ts o f t e np o i n t - c o n t a c tm e t h o d 表钙结果的对比分析( 加热速率5 0 ，h ) 加热介质法直接加热法 试样材料类型 i o n 5 0 n1 0 n5 0 n 4 2 6 1 a 聚乙烯1 2 5 6 1 2 5 9 试件l 聚乙烯 9 1 4 9 1 7 试件2聚乙烯 9 7 4 9 7 7 t e r l u r a ng p 一2 2a b s1 0 5 8 9 9 6 1 0 5 0 9 8 5 t e r l u r a ng p 一3 5a b s1 0 3 7 9 6 4 1 0 2 3 9 6 2 t e r l u r a nh i 1 0a b s1 0 4 9 9 8 5 1 0 5 1 9 7 o t e r lu r a ne 6 p 7a b s1 0 8 2 1 0 0 8 1 0 7 1 1 0 0 5 t e r l u r a n a b s1 1 9 3 1 1 1 8 1 1 9 7 1 1 0 3 h h 1 1 2 t e r l u r a n9 6 7 k a b s1 0 3 o c9 4 9 1 0 2 8 9 3 5 p s 1 4 3 e聚苯乙烯8 4 0 8 3 7 1 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 图4 1 7表4 - 中数据的曲线 f i g4 - 7 t h ec u r v eo ft h ed a t ai nt a b l e6 x 轴：加热介质法，； y 轴：直接加热法，； 线性拟合式： y = - 1 2 9 1 2 3 + 1 0 0 7 9 4 x r 2 = 0 9 9 4 6 5 ( 3 ) a s t md 1 5 2 5 - 0 0 塑料维卡软化点的测定 此方法中，只给出了加热介质法。 经对比，其中规定的传热介质与前两标准不同，详见表。 表4 4 三个方法中对传热介质的规定 g b t t 6 3 3 2 0 0 0i s 03 0 6 ：2 0 0 4 ( e )a s t md 1 5 2 5 0 0 液体石蜡；液体石蜡；乙二醇； 变压器油；变压器油；矿物油； 甘油；甘油；甘油： 硅油；硅油；硅油； 经对比分析：该方法在荷载、温度、针头、试样与前述两试验方法的规定完全一致。 ( 4 ) 以上三种塑料维卡软化点测定方法的区别 表4 - 5 三个方法中的主要区别 t a b l e4 5t h ed i f i e r e n e eo ft h r e em e t h o d s g b t 1 6 3 3 2 0 0 0i s 03 0 6 ：2 0 0 4 ( e )a s t md 1 5 2 5 0 0f 1 9 第四章管道3 p e 防腐材料和防腐层的检测 维卡软化点试验方法的主要影响因素有三： 试样制备方法对测试结果的影响同一材料制成相同厚度的试样，模压的试样比 注塑的试样试验结果要高。这可能是由于注塑试样的内应力较大之故。可见不同的 制样方法对测量结果是有影响的。 试样状态调节对测试结果的影响将模压试样与注塑试样进行退火，其退火温度 一般较软化点底2 0 左右。退火时间2 - - 3 h 。其测试结果是经过退火处理后的试样都比 原来的有不同程度的提高。这可能是冻结的高分子链得到局部调整，内应力得到进一步 消除的原因。 试样尺寸的影响实验结果表明，试样厚度在3 , 一4 m m 时测定值重